상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 액정표시장치의 박막트랜지스터 어레이 제조 방법에 있어서, (a) 기판 상에 건식 식각으로 게이트 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 게이트 전극을 포함하는 기판 상에, 게이트 절연막, 반도체층 및 도전층을 포함하는 순차적으로 적층한 적층 구조를 형성하는 단계-상기 반도체층은 활성층 및 오믹콘택층을 포함함-; (c) 상기 도전층을 소스전극 및 드레인전극이 분리되지 않은 전극패턴으로 건식 식각하는 단계; (d) 상기 전극패턴의 채널 영역을 식각하여 소스전극 및 드레인전극을 형성하면서, 동시에 상기 전극패턴에 의해 가려지지 않은 패턴 영역의 상기 반도체층을 건식 식각하여 상기 게이트 절연막을 노출시키는 단계; 및 (e) 건식 식각으로 패시베이션층 및 픽셀층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조 방법이 제공된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 4 마스크를 이용한 액정표시장치의 박막트랜지스터 패터닝 과정을 도시한 도면이고, 도 6a 내지 도 6d는 도 5를 A-A' 선을 따라 절단한 단면도이다.
본 발명은 건식 식각을 통해 기판(500) 상에 게이트 전극(502)을 형성한다.
여기서 기판(500)은 액정표시장치에 적용되는 소다 라임 글라스와 같은 투명 절연 기판을 포함할 수 있다.
또한, 게이트 전극(502)은 상부 및 하부가 몰리브덴/알루미늄(Mo/Al) 또는 몰리브덴/알미네리윰(Mo/AlNd)로 이루어지는 이중막으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 게이트 절연막(504), 반도체층(506), 도전층(508)의 적층 구조를 형성한다.
여기서, 게이트 절연막(504)은 질화규소(SiNx)로 이루어질 수 있으며, 바람직하게 4000Å 두께로 형성될 수 있다.
반도체층(506)은 활성층(600)과 오믹콘택층(602)를 포함할 수 있다.
활성층(600)은 박막트랜지스터의 채널 형성을 위한 것으로서 진성 비정질 실리콘(intrinsic amorphous Si, i-a-Si)으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 활성층(600)은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition)를 이용하여 1000 내지 3000Å 두께, 바람직하게는 2000Å 두께로 성막될 수 있다.
게이트 전극(502)에 인가되는 제어신호에 따라 게이트 절연막(504)을 거쳐 활성층(600)으로 전계가 인가되고, 게이트 전극(502) 상부의 활성층(600)은 제어신호에 따라 채널을 형성하고, 박막트랜지스터는 온/오프 동작을 수행한다.
오믹콘택층(602)은 활성층(600)의 소스/드레인 영역과 도전층(508) 사이의 오믹 콘택(ohmic contact)의 형성을 위한 것으로서, 예를 들어 도핑된 비정질 실리콘(n+ a-Si)을 200Å 내지 1,000Å의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 약 500Å의 두께로 형성될 수 있다.
도전층(508)은 소스/드레인 전극을 형성하기 위한 것으로서, 예를 들어, 상중하위막이 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴(Mo/Al/Mo)인 다중층으로 형성될 수 있다. 도전층(508)은 스퍼터링을 이용하여 상위 Mo가 500Å 내지 1500Å, 중위 Al은 3000Å 내지 6000Å, 하위 Mo는 200Å 내지 1000Å로 형성될 수 있다.
이후, 소스/드레인 마스크를 이용하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는데, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 우선적으로 도 5c 및 도 6b에 도시된 바와 같이 건식 식각을 통해 우선 도전층(508)만을 제1 감광막(604)을 통해 패터닝하여 하위층을 노출시킨다. 이때, 도전층(508)은 소스 전극과 드레인 전극으로 분리되지 않은 형태이다.
여기서 제1 감광막(604)은 채널부가 형성되는 부분이 상대적으로 얇게 형성된 형태로서, 이는 슬릿 형상이나 격자 형상의 노광 마스크나 그 부위가 반투명으로 형성된 노광 마스크(605)를 이용하는 방법을 통해 구현할 수 있다. 그밖에 부위별로 빛의 조사량을 다르게 할 수 있다면 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.
종래에는 도전층(508)을 습식 식각하였으나 본 발명에 따르면 건식 식각을 한다.
본 발명에 따른 도전층(508) 식각은 DFCCP(Dual Frequency Capacitively Coupled Plasma) RiE(Reactive ion Etching) 챔버에서 이루어질 수 있다.
보다 상세하게는 상기한 도전층(508)의 상위/중위/하위막이 Mo/Al/Mo로 이루어지는 경우, 상위 Mo(Top Mo)를 DFCCP RiE 챔버의 듀얼 주파수를 각각 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt), 압력을 30mTorr로 유지하고, 에천트로서 Cl2/SF2를 이용하여 건식 식각한다.
이때, 에천트인 Cl2/SF2는 각각 약 7000sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute), 1000scccm이 적용될 수 있다.
중위 및 하위의 Al 및 Mo(Bottom-Mo)를 DFCCP RiE 챔버의 듀얼 주파수를 각각 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt), 압력을 10mTorr로 유지하고, 에천트로서 Cl2/BCl3를 이용하여 건식 식각한다.
이때, 에천트인 Cl2/BCl3는 각각 약 2000sccm이 적용될 수 있다.
이후, 제1 감광막(604)을 포토레지스트 풀백 애싱(PR pull-back ashing) 처리하여 도 6c에 도시된 바와 같이, 제2 감광막(606)을 형성한다. 이에 따라 도전층(508)의 채널 영역(610)이 노출된다.
여기서 포토 레지스트 애싱은 상기한 DFCCP RiE 챔버에서 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 30mTorr 압력 및 약 10000sccm의 O2 및 300sccm의 SF6를 통해 이루어질 수 있다.
채널 영역(610)이 노출된 이후, 제2 감광막(606)을 이용하여 도전층(508)을 소스 전극(512)과 드레인 전극(514)으로 분리하면서 이와 동시에 도전층(508)의 의해 가려지지 않은 부분인 패턴 영역(608)의 활성층(600) 및 오믹콘택층(602)을 제거하며, 채널 영역(610)의 활성층(600)을 노출시킨다.
본 발명에 따르면, 상기한 채널 영역(610)의 도전층(508) 및 오믹콘택 층(602)은 건식 식각에 의해 제거되며, 이때, 패턴 영역(608) 영역의 활성층(600) 및 오믹콘택층(602)이 인시튜(in-situ) 및 자체 식각으로 동시에 제거된다.
여기서, 도전층(508)의 상위 Mo는 상기한 DFCCP RiE 챔버에서 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 30mTorr 압력 및 약 7000sccm의 Cl2 및 1000sccm의 SF6 에천트를 통해 식각될 수 있다.
도전층(508)의 중위 및 하위막인 Al/Bottom-Mo은 상기한 DFCCP RiE 챔버에서 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 10mTorr 압력 및 약 2000sccm의 Cl2 및 2000sccm의 BCl3 에천트를 통해 식각된다.
한편, 도전층(508)의 건식 식각과 동시에 이루어지는 패턴 영역(608)에서의 활성층(600) 및 오믹콘택층(602)은 상위 Mo층 제거와 동일한 조건인 상기한 DFCCP RiE 챔버에서 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 30mTorr 압력 및 약 7000sccm의 Cl2 및 1000sccm의 SF6 에천트를 통해 인시튜 및 자체 식각될 수 있다. 이와 같은 과정에서 채널 영역(610)의 오믹콘택층(602)이 함께 제거될 수 있다.
본 발명에 따르면, 소스/드레인 전극 및 채널부를 형성하는데 있어서 활성층/오믹콘택층의 식각이 채널 영역의 식각과 동시에 인시튜 및 자체 식각되도록 함으로써 공정을 단순화할 수 있으며, 불량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기한 식각 공정 후에 도전층의 Al 부식을 방지하기 위한 후처리공정(post anti-corrosion treatment)이 수행된다. 본 발명에 따른 후처 리공정은 DFCCP RiE 챔버에서 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 30mTorr 압력 및 약 500sccm의 CHF3 및 5000sccm의 O2 조건 하에서 수행될 수 있다.
종래에는 Al 부식 방지를 위해 열탕세정(hot water rinsing)을 수행함으로써 진공 장비에서 추출하여 대기를 통과해야 하나 본 발명에 따른 후처리공정은 상기한 건식 식각 공정 후에 인시튜로서 진행되기 때문에 대기에 노출됨에 따른 문제가 발생하지 않게 된다.
후처리공정이 완료된 후, 제2 감광막(606)에 잔류하는 Cl기에 의한 Al의 부식을 방기하기 위해 산소 플라즈마를 이용한 제2 감광막(606)이 스트립(strip)된다.
제2 감광막(606)의 제거는 HDP ICP RiE(High Density Plasma Inductive Coupled Plasma Reactive ion Etching) 챔버에서 13.56MHz(6kWatt), 3.39MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 10mTorr 압력 및 약 5000sccm의 O2 조건 하에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면 제2 감광막(606)의 제거 역시 진공 조건 하에서 이루어지기 때문에 양산성을 보장할 수 있으며 제조 단가를 낮출 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따르면, 게이트 전극(602)을 건식 식각을 통해 형성할 수 있으며, 게이트 전극(602) 패터닝을 위한 게이트 감광막을 건식 스트립할 수 있다.
본 발명에 따르면, 게이트 전극(602)의 형성을 위한 건식 식각은 DFCCP RiE 챔버에서 27.12MHz(6kWatt), 3.2MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 10mTorr 압력 및 약 2000sccm의 Cl2, 500sccm의 BCl3 및 2000 sccm의 Ar 조건 하에서 수행될 수 있다.
또한, 건식 스트립은 상기 제2 감광막(606)의 제거와 같이, HDP ICP RiE(High Density Plasma Inductive Coupled Plasma Reactive ion Etching) 챔버에서 13.56MHz(6kWatt), 3.39MHz(12kWatt)의 듀얼 주파수, 10mTorr 압력 및 약 5000sccm의 O2 조건 하에서 수행될 수 있다
한편, 본 발명에 따르면, 소스/드레인 전극 상부에 패시베이션층을 형성함에 있어 패시베이션층 패터닝은 종래와 달리 패시베이션 마스크를 통한 건식 식각으로 수행될 수 있으며, 상기한 패시베이션 마스크에 의한 감광막은 건식 스트립으로 제거될 수 있다.
또한, 패시베이션층 상부의 픽셀층 패터닝은 픽셀 마스크를 통한 건식 식각으로 수행될 수 있으며, 상기한 픽셀 마스크에 의해 형성된 감광막은 건식 스트립을 통해 제거될 수 있다.
본 발명에 따르면, 픽셀층 패터닝을 위한 건식 식각은 상기한 소스/드레인 패터닝을 위한 챔버와 다른 주파수 및 파워를 갖는 DFCCP RiE 챔버에서 27.12MHz(7kWatt), 13.56MHz(14kWatt)의 듀얼 주파수, 10mTorr 압력 및 약 2000sccm의 Cl2, 2000sccm의 Ar 조건 하에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기한 식각 공정이 모두 비등방성을 갖는 건식 식각으로 이루어지기 때문에 패턴 사이즈의 정확한 제어가 가능하며, 이는 풀(full) HD TV나 쿼드(quad) HD TV와 같이 정확한 패턴 사이즈 제어가 요구되는 제작 공정에 바람직 하게 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 박막트랜지스터 어레이 제조를 위한 설비 구성을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 박막트랜지스터 어레이 제조 공정의 순서도이다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 박막트랜지스터 어레이 제조 과정을 상세하게 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막트랜지스터 어레이 제조 설비는 스퍼터링(Sputtering) 장비(700), PECVD 장비(702), P/D(Photolithography/Development) 장비(704), 습식 세정(Wet cleaning) 장비(706), 검사(Inspection) 장비(708), 건식 스트립 장비(710) 및 건식 식각(Dry etching) 장비(712)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, A로 표시된 공정을 통해 게이트 전극이 형성된다.
우선 스퍼터링 장비(700)에서 기판(500) 상에 게이트 전극(502)을 형성하기 위한 도전층이 스퍼터링되며(단계 800), P/D 장비(702)에서 게이트 전극(502) 패터닝을 위한 게이트 감광막 형성 과정이 수행된다(단계 802).
이후, 건식 식각 장비(712)에서 게이트 전극 형성을 위한 습식 식각이 수행되며(단계 804), 건식 식각 후에 건식 스트립 장비(710)에서 게이트 감광막의 건식 스트립이 수행된다(단계 806).
상기한 A 공정을 통해 도 5a와 같은 게이트 전극(502)이 형성된다.
한편, B로 표시된 공정을 살펴보면, 게이트 전극이 형성된 기판에는 PECVD 장비(702)에서 반도체층(506)이 증착되며(단계 808), 이후 스퍼터링 장비(700)에서 소스/드레인 전극을 형성하기 위한 도전층이 스퍼터링된다(단계 810).
이후, P/D 장비(702)에서 제1 감광막(604)이 형성된다(단계 812).
본 발명에 따르면, 소스 전극(512) 및 드레인 전극(514)과 채널부(612) 형성 과정이 모두 건식 식각 장비(712)에서 이루어질 수 있다.
제1 감광막(512)을 통해 건식 식각 장비(712)에서 도전층(508)이 소스/드레인 전극으로 분리되지 않은 형태로 건식 식각된다(단계 814).
상기 단계 814에서 사용된 제1 감광막(604)은 건식 식각 장비(712)에서 포토레지스트 풀백 애싱을 통해 제2 감광막(606)으로 되며, 이때 채널 영역(610)이 오픈된다(단계 816).
이후, 건식 식각 장비(712)에서 건식 식각을 통해 채널부(612)를 형성한다(단계 818), 이때 상기 단계 814에서 제거되지 않은 패턴 영역(608) 영역의 활성층(600) 및 오믹콘택층(602)이 인시튜(in-situ) 및 자체 식각으로 동시에 제거된다.
채널부 형성 후에 건식 식각 장비(712)에서 Al 부식을 방지하기 위한 후처리공정(Anti-Corrosion treatment: ACT) 및 포토레지스트 풀(full) 애싱이 수행된다(단계 820).
본 발명에 따르면 도 7의 건식 식각 장비(712)에 DFCCP RiE 챔버 및 HDP ICP RiE 챔버가 동시에 구비되며, DFCCP RiE 챔버에서는 상기한 단계 814 내지 818, HDP ICP RiE 챔버에서 O2 플라즈마를 이용하여 상기한 단계 820이 수행된다.
따라서 하나의 건식 식각 장비 (712) 내에서 도전층 식각, 채널 영역(610) 및 활성층(600) 및 오믹콘택층(602)의 동시 식각 및 PR 풀백 애싱, 후처리공정 및 포토레지스트 풀 애싱(건식 애싱)이 이루어질 수 있어 공정의 효율성이 높아질 수 있다.
상기 단계에 의해 채널부(612), 소스 전극(512) 및 드레인 전극(514)이 생성된 후에 도 7 및 도 8의 C로 표시된 공정에 따라, PECVD 장비(702)에서 패시베이션층을 증착한다(단계 822). 여기서, 패시베이션층은 폴리-질화규소(p-SiNx)로 이루어질 수 있으며, 바람직하게 2000Å 두께로 이루어질 수 있다.
이후, P/D 장비(704)에서 패시베이션층 패터닝을 위한 감광막을 형성한다(단계 824).
건식 식각 장비(712)에서 상기한 감광막을 통해 패시베이션층의 건식 식각을 수행하며(단계 826), 건식 식각이 완료된 후 건식 스트립 장비(710)에서 상기한 감광막의 건식 스트립을 수행한다(단계 828).
다음으로, 스퍼터링 장비(700)에서 픽셀층의 스퍼터링을 수행한다(단계 830). 여기서 픽셀층은 IZO(Indium Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide)로, 두께 1000Å로 이루어질 수 있다.
스퍼터링 이후 P/D 장비(702)에서 픽셀층의 패터닝을 위한 감광막을 형성한다(단계 832).
이후, 건식 식각 장비(712)에서 픽셀층을 건식 식각하며(단계 834), 건식 스트립 장비(710)에서 픽셀층 패터닝을 위한 감광막을 건식으로 스트립한다(단계 836).
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.